(57)【要約】【課題】衝突する作動流体によるスプール弁の周囲での圧力バランスに優れたスプール弁を提供すること。【解決手段】  ベーンポンプ１０１から吐出された作動油を油圧機器１０に導く供給通路１２と、作動油の一部をベーンポンプ１０１の吸込側へと還流可能な戻り通路３５と、を連通するスプール孔３１と、スプール孔３１に摺動自在に挿入され、供給通路１２と戻り通路３５との連通面積を拡縮して油圧機器１０に供給される作動油の流量を制御するスプール３０と、を備えるスプール弁２１であって、供給通路１２の中心軸は、作動油がスプール孔３１の内周に沿って渦を巻くように流入可能な距離だけ、スプール孔３１の中心軸からオフセットされている。【選択図】図２
2010255735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧ポンプから吐出された作動流体を流体圧機器に導く供給通路と、前記作動流体の一部を流体圧ポンプの吸込側へと還流可能な戻り通路と、を連通するスプール孔と、
前記スプール孔に摺動自在に挿入され、前記供給通路と前記戻り通路との連通面積を拡縮して前記流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御するスプールと、を備えるスプール弁であって、
前記供給通路の中心軸は、前記作動流体が前記スプール孔の内周に沿って渦を巻くように流入可能な距離だけ、前記スプール孔の中心軸からオフセットされていることを特徴とするスプール弁。
【請求項２】
前記供給通路の中心軸は、前記供給通路の半径よりも大きく前記スプール孔の中心軸からオフセットされていることを特徴とする請求項１に記載のスプール弁。
【請求項３】
前記供給通路には、前記流体圧ポンプから吐出された作動流体を前記スプール孔へと導くポンプポートが形成され、
前記ポンプポートと前記スプール孔とは、前記ポンプポートから前記スプール孔に流入する作動流体が前記スプール孔内周壁に沿って導かれるように、円弧状の円弧壁部によって接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスプール弁。
【請求項４】
前記円弧壁部は、当該スプール孔内周壁の接線方向に連続して形成されることを特徴とする請求項３に記載のスプール弁。
【請求項５】
前記円弧壁部には、渦を巻くように流れる作動流体と反対方向の流れの発生を防止するために、作動流体を整流する突起状の整流突部が設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載のスプール弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧ポンプから流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御するスプール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車等の車両には流体圧を利用して駆動する流体圧機器が利用されている。流体圧ポンプはエンジンの回転によって作動流体を吐出するため、作動流体の流量はエンジン回転数に比例して増加する。そこで、流体圧ポンプが吐出した圧油の流量が過剰なときに流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御するために、流体圧機器への作動流体の供給量を調整するスプール弁が設けられる。
【０００３】
スプール弁は、その上流と下流との圧力差によってスプールが移動することによって開閉し、スプール弁が開状態になると、流体圧ポンプが吐出した作動流体の一部をオイルタンクへ還流する。これにより、流体圧ポンプが吐出した流量よりも流体圧機器に送られる流量は減少するため、過大な作動流体が流体圧機器に供給されることを防止できる。
【０００４】
特許文献１には、スプール弁を備えるフローコントロールバルブ（流量制御弁）を利用して流量を調節可能なパワーステアリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６２０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の流量制御弁は、流体圧ポンプが吐出した作動流体がスプールに直接衝突するように構成されている。この構成では、作動流体の圧力による偏荷重がスプールに作用し、スプールの摺動の抵抗となるおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明ではスプールの周囲における作動流体の圧力バランスに優れたスプール弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、流体圧ポンプから吐出された作動流体を流体圧機器に導く供給通路と、前記作動流体の一部を流体圧ポンプの吸込側へと還流可能な戻り通路と、を連通するスプール孔と、前記スプール孔に摺動自在に挿入され、前記供給通路と前記戻り通路との連通面積を拡縮して前記流体圧機器に供給される作動流体の流量を制御するスプールと、を備えるスプール弁であって、前記供給通路の中心軸は、前記作動流体が前記スプール孔の内周に沿って渦を巻くように流入可能な距離だけ、前記スプール孔の中心軸からオフセットされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、供給通路から流入する作動流体はスプール孔の内周に沿って渦を巻くようにスプール孔へと流入するので、スプール孔の内部を摺動するスプールに作動流体が直接衝突することを防止できる。
【００１０】
したがって、スプールに偏荷重が作用することを防止でき、スプールの周囲における作動流体の圧力バランスに優れたスプール弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るスプール弁の正面図を断面で示した図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るスプール弁２１を備える流量制御弁１００について説明する。本実施の形態では、流体圧として油圧を使用する。
【００１３】
まず、図１を参照しながら流量制御弁１００の全体構成について説明する。
【００１４】
流量制御弁１００は、油圧供給源である流体圧ポンプから油圧機器１０に供給される作動流体の流量が所定の特性となるように制御するものである。本実施の形態では、流体圧ポンプは車両のエンジンによって駆動されるベーンポンプ１０１である。また、油圧機器１０は、例えば車両に搭載されるパワーステアリング装置や無段変速機等である。この油圧機器１０が流体圧機器に該当する。
【００１５】
ベーンポンプ１０１は、図示しないが、駆動軸の端部にエンジンの動力が伝達され、駆動軸に連結されたロータが回転するものである。ベーンポンプ１０１は、ロータに対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーンと、ロータを収容すると共にロータの回転に伴って内周のカム面にベーンの先端部が摺動するカムリングとを備える。カムリングは、内周のカム面が楕円形状をした環状の部材であり、カムリングの内部には、隣り合うベーンによって仕切られた複数のポンプ室が画成される。カムリングは、ポンプ室の容積を拡張する吸込領域と、ポンプ室の容積を収縮する吐出領域とを有する。
【００１６】
ベーンポンプ１０１は、吸込領域では、油室の容積が徐々に拡張することで内部の圧力が下がることを利用して作動油を吸入する。また、吐出領域では、油室の容積が徐々に収縮することで内部の圧力が上がることを利用して作動油を吐出する。
【００１７】
流量制御弁１００は、ベーンポンプ１０１から吐出された作動油を油圧機器１０に導く供給通路１２に介装され作動油の供給面積を変化させる可変絞り２０と、可変絞り２０の前後差圧に応じて供給通路１２の作動油の一部をポンプ吸込側に還流するスプール弁２１と、可変絞り２０より下流側に設けられたリリーフ弁２２とを備える。
【００１８】
可変絞り２０、スプール弁２１、及びリリーフ弁２２は、バルブボディ２７の内部に収装される。バルブボディ２７の開口部には略円筒形で片端が閉塞されたキャップ２８が螺着される。キャップ２８の内部には、スプール３０のリターンスプリング４０が収装される。
【００１９】
バルブボディ２７には、後述するスプール３０が摺動自在に収装される略円筒形のスプール孔３１が形成される。
【００２０】
スプール孔３１には、ベーンポンプ１０１から吐出された作動油が流入する円形断面のポンプポート３２が開口して形成される。また、スプール孔３１には、タンク３４に作動油を排出する戻り通路３５に連通してベーンポンプ１０１から流入した余剰な作動油をタンク３４へ還流する円形断面の戻りポート３３が開口して形成される。ポンプポート３２及び戻りポート３３は、スプール孔３１と交差するように、スプール孔３１からバルブボディ２７の外部へと連通して形成される。スプール孔３１の内周面とポンプポート３２との交差部の形状については、後で図２を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
バルブボディ２７には、供給通路１２の一部を構成する貫通孔３７がスプール孔３１と連通して形成される。貫通孔３７は、スプール孔３１と同軸に形成される。貫通孔３７は、スプール孔３１よりも小径に形成される。貫通孔３７の一端の開口部はポンプポート３２に連通し、他端の開口部は、ポンプポート３２から流入した作動油の全部または一部を油圧機器１０に供給する供給ポート２９を構成する。貫通孔３７の端面３８は、スプール３０が当接するシート面として機能する。
【００２２】
スプール３０は、スプール孔３１の軸方向に摺動自在に挿入される略円筒形の部材である。スプール３０とスプール孔３１とは、スプール弁２１を構成する。スプール３０は、摺動によってポンプポート３２と戻りポート３３との連通を遮断可能である。また、スプール３０の移動によってポンプポート３２から戻りポート３３へと還流する作動流体の流量を調整可能である。つまり、スプール３０は、ポンプポート３２と戻りポート３３との間の連通面積を拡縮可能である。
【００２３】
スプール３０の先端側には、ポンプポート３２に連通し、ベーンポンプ１０１から吐出される作動油が導かれる上流側室４２が画成される。また、スプール３０の背面側にはスプリング室３９が画成され、スプリング室３９にはスプール３０をキャップ２８に向けて付勢するリターンスプリング４０が収装される。
【００２４】
スプール３０の先端には、貫通孔３７に挿入され、本実施形態では一例として先端に向かって拡径されたテーパロッド４１が形成される。スプール３０の移動に伴ってテーパロッド４１が貫通孔３７の先端開口部に対して相対移動し、貫通孔３７の開口面積が変化する。テーパロッド４１と、テーパロッド４１の移動によって開口面積が変化する貫通孔３７とで可変絞り２０が構成される。
【００２５】
可変絞り２０は、上流側室４２に臨んで設けられ、供給通路１２を流れる作動油に抵抗を付与する。可変絞り２０の下流側に画成された下流側室４４は、通孔４３を介してスプリング室３９に連通している。このように、スプール３０の一端には、可変絞り２０の上流側の圧力が作用し、他端には、可変絞り２０の下流側の圧力が作用する。したがって、スプール３０は可変絞り２０の前後差圧の変化に応じて移動し、可変絞り２０の前後差圧に基づく荷重とリターンスプリング４０の付勢力とが釣り合った位置にてバランスする。
【００２６】
ベーンポンプ１０１から吐出される作動油の流量が多く、可変絞り２０の前後差圧が大きくなると、スプール３０はリターンスプリング４０を圧縮する方向へ移動し、スプール３０のランド部３０ａが戻りポート３３を開放する。
【００２７】
スプール３０が移動してランド部３０ａが戻りポート３３を開放すると、ポンプポート３２が上流側室４２を通じて戻りポート３３と連通し、ベーンポンプ１０１から吐出される作動油の一部が戻り通路３５へと還流される。戻り通路３５へと還流される作動油の流量は、可変絞り２０の前後差圧が大きい程、スプール３０の移動量が大きくなり、戻りポート３３の開口面積が大きくなるため多くなる。つまり、エンジン回転数が上昇して、ベーンポンプ１０１から吐出される作動油の流量が多くなる程、戻り通路３５へと還流される作動油の流量は多くなる。
【００２８】
戻りポート３３と対峙するスプール孔３１の壁面には、スプール孔３１の軸心と直交して形成された還流凹部３６が設けられる。
【００２９】
還流凹部３６は、スプール３０の軸心と直交する方向の圧力バランスをとるために、また作動油の流れる面積を拡大して流速を抑えるために設けられる。還流凹部３６は、スプール３０の摺動によってポンプポート３２と連通可能である。
【００３０】
スプール３０のランド部３０ａの背面側には、略矩形の断面で環状に形成される環状凹部５０が設けられ、環状凹部５０とスプール孔３１の内周によって環状油室５５が画成される。
【００３１】
環状油室５５は、戻りポート３３及び還流凹部３６と連通している。環状油室５５には、スプール弁２１が開かれると上流側室４２から還流凹部３６を通じて作動油が流入する。環状油室５５に流入した作動油は、環状油室５５を伝って戻りポート３３へと流出する。
【００３２】
以上のように、スプール弁２１は、可変絞り２０の前後差圧に応じてポンプポート３２から流入した作動油の一部を戻りポート３３へと還流する。
【００３３】
リリーフ弁２２は、可変絞り２０の下流側の圧力が所定値に達した場合に、スプール３０内に収装されたスプリング４５が圧縮されて開弁するものである。リリーフ弁２２が開弁した場合には、可変絞り２０の下流側の作動油は、下流側室４４、通孔４３、スプリング室３９、リリーフ弁２２、戻りポート３３の順に流れ、戻り通路３５へと逃がされる。
【００３４】
以下では、可変絞り２０及びスプール弁２１の動作について説明する。
【００３５】
ポンプ回転数の低速域では、可変絞り２０の前後差圧が小さいため、スプール弁２１は閉弁状態であり、ポンプ回転数に比例した作動油が油圧機器１０へと供給される。
【００３６】
ポンプ回転数が中速域に達すると、可変絞り２０の前後差圧によってスプール弁２１が開弁してポンプポート３２と戻りポート３３とを連通し、上流側室４２に流入する作動油の一部がポンプ回転数の増大に応じて戻り通路３５へと還流する。このため、可変絞り２０を通じて油圧機器１０に供給される作動油の流量は略一定に保たれる。
【００３７】
また、ポンプ回転数がゼロとなるベーンポンプ１０１の停止時には、リターンスプリング４０の付勢力によってスプール３０が貫通孔３７の端面３８に着座する。これにより、可変絞り２０が全閉となると共に、スプール３０のランド部３０ａによって戻りポート３３が閉塞されスプール弁２１も全閉となる。
【００３８】
次に、図２を参照しながらスプール３０の周囲への作動油の流れについて説明する。
【００３９】
図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。即ち、ポンプポート３２の中心軸を通る断面であり、かつスプール孔３１の中心軸と垂直な断面を示した図である。図２では、ポンプポート３２からスプール孔３１へ流入する作動油の流れを詳細に説明するために、スプール孔３１，スプール３０及びポンプポート３２の断面形状のみを示している。
【００４０】
図２におけるαはポンプポート３２の中心軸であり、βはスプール孔３１の中心軸である。
【００４１】
中心軸αと中心軸βとは、作動油がスプール孔３１の内周に沿って渦を巻くように流入可能な距離だけオフセットされている。作動油は、中心軸αと中心軸βとのオフセット量が小さ過ぎても大き過ぎてもスプール孔３１の内周に沿って渦を巻くように流入しない。オフセット量が小さすぎるとスプール孔３１を図２で見て縦断するような直線的な流れが強すぎ、オフセット量が大き過ぎるとスプール孔３１を図２で見て横断するような直線的な流れが強すぎるためである。
【００４２】
また、中心軸αと中心軸βとは、ポンプポート３２の半径よりも大きくオフセットされている。スプール孔３１の内部を摺動するスプール３０に、ポンプポート３２から流入する作動油が直接衝突しないようにするためである。
【００４３】
ポンプポート３２の内周壁とスプール孔３１の内周壁とは、ポンプポート３２からスプール孔３１に流入する作動油がスプール孔３１の内周壁に沿って導かれるように、円弧状の円弧壁部３２ｃ及び円弧壁部３２ｄによって接続される。具体的には、図２に示すようにポンプポート３２の奥側に形成される円弧壁部３２ｃ、及びポンプポート３２の手前側に形成される円弧壁部３２ｄによって、ポンプポート３２の内周壁とスプール孔３１の内周壁とが連続するように形成される。
【００４４】
ポンプポート３２の奥側においては、作動油の進行方向をスプール孔３１の接線方向へと徐変させるようにポンプポート３２の内周壁が形成される。図２に示すように、直線状の直線壁部３２ａから連続して円弧状の円弧壁部３２ｃが形成される。
【００４５】
直線壁部３２ａは、バルブボディ２７の外部からスプール孔３１に向けて、スプール孔３１の中心軸βに対応する深さまで、即ちスプール孔３１の中心軸βと最短距離になる位置に至るまで形成される。
【００４６】
円弧壁部３２ｃは、スプール孔３１の半径と略同一の半径で形成される。この円弧壁部３２ｃによって、作動油の進行方向が徐変させられる。円弧壁部３２ｃは、直線壁部３２ａに沿った流路よりも作動油の流路が大きくなるように形成される。つまり、図２で見るとスプール孔３１の周囲を大回りするように形成される。後述するスプール３０との間の流路を広くするためである。
【００４７】
円弧壁部３２ｃは、円弧壁部３２ｃと連続して形成され、スプール孔３１の内周壁の接線方向に連続して形成される接続壁部３２ｅを備える。
【００４８】
接続壁部３２ｅは、円弧壁部３２ｃと連続して略直線状に形成された壁部である。接続壁部３２ｅは、ポンプポート３２から最も遠い位置のスプール孔３１の内周壁と段差なく連続して形成される。
【００４９】
以上より、ポンプポート３２の直線壁部３２ａ，円弧壁部３２ｃ，接続壁部３２ｅ，及びスプール孔３１内周壁とが段差なく連続して形成される。実際には、バルブボディ２７を鋳物で形成し、その後スプール孔３１を切削加工で形成する。具体的には、バルブボディ２７には鋳型によってポンプポート３２が形成され、ポンプポート３２が形成されたバルブボディ２７に、スプール孔３１が切削加工される。よって、ポンプポート３２の直線壁部３２ａ，円弧壁部３２ｃ，接続壁部３２ｅと、スプール孔３１内周壁との間には、若干の段差が形成されるおそれがある。
【００５０】
しかしながら、若干の段差が存していても、ポンプポート３２とスプール孔３１との相対位置が上述したような形状であれば、ポンプポート３２からスプール孔３１に流入する作動油は、スプール孔３１の内周壁に沿って導かれる。
【００５１】
ポンプポート３２の手前側においては、作動油の流路が徐々に拡大されるようにポンプポート３２の内周壁が形成される。図２に示すように、直線状の直線壁部３２ｂから連続して円弧状の円弧壁部３２ｄが形成されている。
【００５２】
直線壁部３２ｂは、バルブボディ２７の外部からスプール孔３１に向けて、スプール孔３１へ至る手前まで形成される。
【００５３】
円弧壁部３２ｄは、スプール孔３１の半径よりも大きな半径で形成される。つまり、円弧壁部３２ｄは、円弧壁部３２ｃよりも大きな半径で形成される。この円弧壁部３２ｄによって、作動油の流路が拡大させられる。円弧壁部３２ｄは、スプール孔３１の接線方向に形成されるが、実際に当接はせずに作動油を整流する整流突部３２ｆを介してスプール孔３１と接続される。
【００５４】
整流突部３２ｆは、スプール孔３１の内周を渦巻いて流れる作動油と反対方向の流れを発生させないように円弧壁部３２ｄに設けられる突起部である。整流突部３２ｆは、円弧壁部３２ｄに沿って流れる作動油の進行方向を、渦巻いて流れる作動油に正面から衝突しないように変化させる。よって、渦を巻いて流れる作動油に巻き込まれやすく作動油をスプール孔３１に流入させることができる。
【００５５】
ここで、ポンプポート３２からスプール孔３１へと流入する作動油を、直線壁部３２ａから円弧壁部３２ｃに沿って流れる流路と、直線壁部３２ｂから円弧壁部３２ｄに沿って流れる流路とに大きく二分して考える。
【００５６】
ポンプポート３２の直線壁部３２ａ側を通って流入する作動油は、円弧壁部３２ｃによって進行方向を変えられる。そして、円弧壁部３２ｃは接続壁部３２ｅでスプール孔３１に外接するため、作動油はスプール孔３１の内周に沿って図２で見ると時計回りの方向に渦を巻きながら流入する。
【００５７】
ポンプポート３２の直線壁部３２ｂ側を通って流入する作動油は、円弧壁部３２ｄを伝って流れ、整流突部３２ｆによって進行方向を微調整される。その後、スプール孔３１の内周に沿って渦を巻いて流れる作動油に巻き込まれるように合流する。
【００５８】
具体的には、スプール孔３１にはスプール３０が摺動可能に挿入されるため、作動油はポンプポート３２内周壁とスプール３０外周面との間の流路を流れる。ここで、円弧壁部３２ｃが形成されている側の流路は、円弧壁部３２ｄが形成されている側の流路よりも大きい。これは、中心軸αと中心軸βとが所定の距離だけオフセットされているためである。よって、作動油は抵抗が小さい円弧壁部３２ｃ側に流れやすく、作動油は円弧壁部３２ｃ側の方が多く流れる。
【００５９】
円弧壁部３２ｃ側に流れた作動油は、円弧壁部３２ｃによって進行方向を変化させられ、スプール孔３１へと流入する。このとき、スプール孔３１の接線方向に形成される接続壁部３２ｅによって、作動油はスプール孔３１の接線方向から流入する。よって、作動油はスプール孔３１の内周に沿って渦を巻いて流れる。
【００６０】
円弧壁部３２ｄ側からスプール孔３１へと流入する作動油は、流量が少ないため円弧壁部３２ｃ側からの渦流に巻き込まれて合流する。この合流する作動油は、整流突部３２ｆによって渦流に巻き込まれやすい向きへと流れを調整されるため、渦流に合流しやすくなっている。これにより、スプール孔３１の内周では全体として図２で見ると時計回り方向に渦を巻いて作動油が流れることとなる。
【００６１】
以上のように、流量制御弁１００では、スプール３０に作動油が直接衝突することはなく、スプール３０の周囲で渦を巻いて流れることとなる。よって、スプール３０に作動油が直接衝突することによるポンプポート３２方向からの偏荷重がスプール３０に作用することはない。したがって、スプール孔３１内でのスプール３０の摺動の抵抗となることを防止できる。
【００６２】
以上の実施の形態によれば、以下のような効果を奏する。
【００６３】
ポンプポート３２の中心軸αとスプール孔３１の円形断面の中心軸βとをオフセットして配置したことによって、供給通路１２からポンプポート３２を経てスプール孔３１へと流入する作動油は、スプール孔３１と同軸の渦を巻いてスプール孔３１へと流入する。よって、スプール孔３１の内部を摺動するスプール３０に作動油が直接衝突することを防止できる。
【００６４】
したがって、スプール３０に偏荷重が作用することはなく、スプール３０に作動油が直接衝突することによるポンプポート３２方向からの偏荷重がスプール３０に作用することはない。よって、スプール孔３１内でのスプール３０の摺動の抵抗となることを防止できる。
【００６５】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る流体圧ポンプのスプール弁は、車両用のパワーステアリング装置や変速機等の油圧機器に用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  流量制御弁
１０１  ベーンポンプ
１２    供給通路
２０    可変絞り
２１    スプール弁
２２    リリーフ弁
２７    バルブボディ
２９    供給ポート
３０    スプール
３１    スプール孔
３２    ポンプポート
３２ａ  直線壁部
３２ｂ  直線壁部
３２ｃ  円弧壁部
３２ｄ  円弧壁部
３２ｅ  接続壁部
３２ｆ  整流突部
３３    戻りポート
３５    戻り通路
【図１】
2010255735.tif 000003
【図２】
2010255735.tif 000004